多孔鋁合金邊框表面缺陷的研究及解決方案*

陳勇慧

(瑞安江南鋁業(yè)有限公司，浙江 溫州 325000)

0 引言

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，生產(chǎn)企業(yè)都在不斷努力提高光伏用鋁合金邊框的生產(chǎn)質(zhì)量。目前采用的多孔鋁合金邊框擠壓模具生產(chǎn)工藝存在表面氧化后會(huì)出現(xiàn)大量表面缺陷的問題，使得擠壓生產(chǎn)效率低下，提高了成本，是有待研究解決的方向之一。本文分析了多空鋁合金邊框表面缺陷的特點(diǎn)、機(jī)理和成因，提出了解決方法，并通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證了方法的有效性，為解決這一問題提供了思路。

1 多孔鋁合金邊框表面缺陷的特點(diǎn)

以目前市場(chǎng)上常見的一款光伏太陽能鋁合金型材為例，如圖1所示，鋁合金邊框行業(yè)統(tǒng)稱為： A面、B面和C面，表面缺陷的可能出現(xiàn)在這3個(gè)面的其中一面或者多個(gè)面中。

圖1 鋁合金邊框A面、B面、C面

缺陷一般有2種： 一種是由擠壓模具定徑帶表面粗糙或黏粒所引起的擠壓痕，這種缺陷常常在擠壓坯料階段就可見，缺陷嚴(yán)重時(shí)也有手感，一般比較輕微，不影響美觀，經(jīng)噴砂處理或適當(dāng)延長(zhǎng)堿洗時(shí)間后也容易消除；另一種是內(nèi)在組織條紋，這種缺陷在擠壓坯料階段大多不能被發(fā)現(xiàn)，但只要經(jīng)短暫堿洗后就會(huì)顯露出來。組織條紋通常貫串于材料的整個(gè)壁厚，因此，堿洗時(shí)間越長(zhǎng)，往往表面條紋越明顯，如圖2所示。

圖2 表面缺陷

2 產(chǎn)生多孔鋁合金邊框表面缺陷的幾大因素[6]

1) 鋁棒雜質(zhì)比較多，成分不均勻，擠壓過程中常常出現(xiàn)顆粒狀。

2) 模具沒有采用避焊合線設(shè)計(jì)，按常規(guī)料型材設(shè)計(jì)，導(dǎo)致焊合線的產(chǎn)生。

3) 擠壓過程中表面有條紋、擠壓紋、拉痕、擠壓線、表面劃傷或機(jī)械紋路。

4) 鋁棒溫度高，導(dǎo)致金屬的組織晶粒生長(zhǎng)速度加快，因而使焊縫組織粗大。

5) 擠壓溫度過高，擠壓力降低，導(dǎo)致焊合力降低。

6) 采用石墨制品作為出料滑出臺(tái)時(shí)，與石墨接觸的一面，型材也易在氧化后出現(xiàn)黑帶。

3 多孔鋁合金邊框表面缺陷的解決方法[7-8]

3.1 模具設(shè)計(jì)

組織條紋一般由焊合不良、金屬流動(dòng)不均勻和鑄棒表皮物3種原因引起。而在設(shè)計(jì)太陽能鋁型材模具時(shí)，大多將焊合線移至非裝飾面或角上，因此，太陽能鋁型材的組織條紋缺陷可認(rèn)為主要由金屬流動(dòng)不均勻和鑄棒表皮物2種原因引起。

A面厚薄工作帶落差大，取值不一，易產(chǎn)生暗影、折痕等各種表面缺陷，如圖3所示。如將A面工作帶分布均勻，使A面有足夠的空刀位，厚薄工作帶比例按2∶1布置，可以避免A面出現(xiàn)焊合線、刮料等缺陷，如圖4所示。

圖3 A面有表面缺陷(電極加工)

圖4 A面不出現(xiàn)表面缺陷(模具加工)

B面橫截面較寬，將橋位設(shè)計(jì)在裝飾線凹槽位置處，表面銀白氧化，以避免B面出現(xiàn)如圖5所示的焊合線等缺陷，改進(jìn)設(shè)計(jì)后，表面無缺陷產(chǎn)生，如圖6所示。

將橋位設(shè)計(jì)成豎直型，以避免C面出現(xiàn)焊合線等缺陷，如圖5和圖6所示。

圖5 B， C面改進(jìn)前有表面缺陷設(shè)計(jì)

圖6 B， C面改進(jìn)后無表面缺陷設(shè)計(jì)

3.2 模具制造

模具加工表面技術(shù)要求： 焊合室，二級(jí)焊合；下模擋料塊、上下模工作帶內(nèi)部光滑、無加工機(jī)械紋路，保證各個(gè)模孔的穩(wěn)定性，過渡部位要圓滑無死角；模具表面粗糙度，模具焊合室表面達(dá)到Ra3.2～1.6 μm,工作帶表面達(dá)到Ra1.6～0.4 μm，表面要進(jìn)行氮化處理。A， B， C面改進(jìn)前多孔模具有表面缺陷，電極加工3個(gè)面工作帶沒有倒圓弧過渡，各個(gè)尖角容易產(chǎn)生表面缺陷，擠壓成品率低，如圖7所示。工作帶占重要因素，兩工作帶之間必須采用圓弧過渡，不能有尖角、缺塊、缺角等殘缺因素，并且必須保證落差準(zhǔn)確，下模留10 mm精打二級(jí)空刀位；為使焊合室內(nèi)流動(dòng)金屬有足夠大的靜水壓力，焊合室的深度取18 mm，并加工圓滑，避免刮傷產(chǎn)生表面缺陷[9]；避免擠壓過程中夾渣帶進(jìn)模孔中，對(duì)表面產(chǎn)生顆粒物、刮傷、黑線、白帶等表面缺陷，改進(jìn)后的模具表面如圖8所示。

圖7 改進(jìn)前多孔模具表面

圖8 改進(jìn)后多孔模具表面

3.3 擠壓工藝

在擠壓模具設(shè)計(jì)合理的前提下，擠壓生產(chǎn)是另一關(guān)鍵過程，必須保證擠壓各個(gè)工序的科學(xué)合理操作，嚴(yán)格要求按表1所示擠壓工藝生產(chǎn)，才能得到客戶滿意的產(chǎn)品。

表1 多孔鋁合金邊框模具擠壓生產(chǎn)工藝

3.4 氧化生產(chǎn)

擠壓成型后，擠壓型材進(jìn)入氧化時(shí)效。擠壓生產(chǎn)出現(xiàn)擠壓痕，這種缺陷可稱為“物理缺陷”，肉眼可看清，經(jīng)噴砂處理或適當(dāng)延長(zhǎng)堿洗時(shí)間后容易消除；另一種缺陷可稱為“化學(xué)缺陷”，肉眼無法看清，為內(nèi)在組織條紋，但經(jīng)短暫堿洗后就顯露出來。組織條紋通常貫串于材料的整個(gè)壁厚，因此，堿洗時(shí)間越長(zhǎng)，往往表面條紋越明顯，氧化無法避免，可重復(fù)氧化降低成本，覆蓋表面缺陷，提高生產(chǎn)率[10]。

4 生產(chǎn)效果分析

由于使用鋁合金邊框有6063， 6005-T5兩種鋁合金擠壓材質(zhì)，6005-T5硬合金擠壓速度相對(duì)比較慢，控制擠壓速度，恒溫、恒速擠壓，保證出料筋位供料充足，避免模具內(nèi)腔脫鋁、毛刺、刮料等不良因素產(chǎn)生，如表1所示[11]。

經(jīng)過幾年的不斷改進(jìn)，所提出的鋁合金邊框生產(chǎn)工藝逐漸成熟穩(wěn)定。整體數(shù)據(jù)表明： 第一次氧化后表面無表面缺陷的料，有效合格率達(dá)80%～90%以上；經(jīng)過第二次氧化可以得到有效合格率90%～95%以上，鋁合金邊框生產(chǎn)效率得到提高，成品率提升。相比同行業(yè)，本企業(yè)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品表面質(zhì)量總體上提高了20%左右，如圖9所示。

5 結(jié)論

通過對(duì)多孔鋁合金邊框表面缺陷的多年研究，從擠壓模具設(shè)計(jì)與制造、擠壓生產(chǎn)工藝、氧化、試模等方面分析，得出了解決表面缺陷問題的改善方案，克服了此類鋁合金邊框模具A， B， C面表面缺陷多、表面質(zhì)量差、力學(xué)性能不夠等問題。經(jīng)過多年的模具設(shè)計(jì)與制造等各個(gè)工序的不斷創(chuàng)新與實(shí)踐，減少試模次數(shù)，做好每次生產(chǎn)記錄和跟蹤報(bào)告，多孔模具現(xiàn)已經(jīng)做到一次上機(jī)合格，得到了客戶滿意的表面質(zhì)量和力學(xué)性能。大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明： 產(chǎn)品產(chǎn)量由每月2 000 t提高到2 500 t，提高了25%，為企業(yè)創(chuàng)造了更大的效益。